生物化学原理- 糖酵解

1、第十五章 糖酵解本章主线：糖酵解丙酮酸代谢命运（乙醇发酵 乳酸发酵）糖酵解调控巴斯德效应3种单糖代谢（果糖、半乳糖、甘露糖）一、糖酵解糖酵解概述：l 位置：细胞质l 生物种类：动物、植物以及微生物共有l 作用：葡萄糖分解产生能量l 总反应：葡萄糖2ADP2 NAD2Pi ® 2 丙酮酸2ATP2NADH2H2H2O具体过程：第一阶段（投入ATP阶段）：1分子葡萄糖转换为2分子甘油醛-3-磷酸；投入2分子ATP。反应式：葡萄糖+ ATP®葡萄糖-6-磷酸+ADP酶：己糖激酶（需Mg2+参与）是否可逆：否说明：l 保糖机制磷酸化的葡萄糖被限制在细胞内，磷酸化的糖带有负电荷的磷酰

2、基，可防止糖分子再次通过质膜。（应用：解释输液时不直接输葡萄糖-6-磷酸的原因）l 己糖激酶以六碳糖为底物，专一性不强。l 同功酶葡萄糖激酶，是诱导酶。葡萄糖浓度高时才起作用。反应式：葡萄糖-6-磷酸®果糖-6-磷酸酶：葡萄糖-6-磷酸异构酶是否可逆：是说明：l 是一个醛糖酮糖转换的同分异构化反应（开链异构环化）l 葡萄糖-6-磷酸异构酶表现出绝对的立体专一性l 产物为-D-呋喃果糖-6-磷酸反应式：果糖-6-磷酸+ATP®果糖-1，6-二磷酸+ADP酶：磷酸果糖激酶-I是否可逆：否说明：l 磷酸果糖激酶-I的底物是-D-果糖-6-磷酸 与其异头物在水溶液中处于非酶催化的快

3、速平衡中。l 是大多数细胞糖酵解中的主要调节步骤。反应式：果糖-1，6-二磷酸®磷酸二羟丙酮+甘油醛-3-磷酸酶：醛缩酶是否可逆：是说明：l 平衡有利于逆反应方向，但在生理条件下，甘油醛-3-磷酸不断地转化成丙酮酸，大大地降低了甘油醛-3-磷酸的浓度，从而驱动反应向裂解方向进行。l 注意断键位置：C3-C4 反应式：磷酸二羟丙酮®甘油醛-3-磷酸酶：丙糖磷酸异构酶是否可逆：是说明：l 葡萄糖分子中的C-4和C-3 ® 甘油醛-3-磷酸的C-1；葡萄糖分子中的C-5和C-2 ® 甘油醛-3-磷酸的C-2；葡萄糖分子中的C-6和C-1 ® 甘油醛-

4、3-磷酸的C-3。l 缺少丙糖磷酸异构酶，将只有一半丙糖磷酸酵解，磷酸二羟丙酮堆积。第二阶段（产出ATP阶段）：此阶段各物质的量均加倍2分子甘油醛-3-磷酸转换为2分子丙酮酸；产出4分子ATP反应式：甘油醛-3-磷酸+NAD+Pi®1，3-二磷酸甘油酸+NADH+H+酶：甘油醛-3-磷酸脱氢酶是否可逆：是说明：l 酵解中唯一一步氧化反应。是一步吸能反应，与第7步反应耦联有利于反应进行。l NAD+是甘油醛-3-磷酸脱氢酶的辅酶l 1,3-二磷酸甘油酸中形成一个高能酸酐键。l 无机砷酸（AsO43-）可取代无机磷酸作为甘油酸- 3-磷酸脱氢酶的底物，生成一个不稳定的1-砷酸-3-磷酸甘

5、油酸，自动水解生成3-磷酸甘油酸和无机砷酸。1，3-二磷酸甘油酸产ATP的反应被破坏，所以砷酸参与的反应是潜在的致死反应。反应式：1，3-二磷酸甘油酸+ADP®3-磷酸甘油酸+ATP酶：磷酸甘油酸激酶是否可逆：是说明：l 底物水平磷酸化作用：将磷酰基从一个高能化合物转移给ADP形成ATP的过程。底物水平磷酸化不需要氧。l 红细胞中糖酵解的一个重要功能：1,3-二磷酸甘油酸除了转变为3-磷酸甘油酸外，还可在二磷酸甘油酸变位酶催化下转换为2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）。2,3-BPG是血红蛋白氧合作用的别构抑制剂。2,3-BPG又可在2,3-BPG磷酸酶的催化下水解生成3-磷酸甘

6、油酸，重新进入糖酵解途径，转化为丙酮酸。（与血红蛋白氧饱和曲线联系）反应式：3-磷酸甘油酸®2-磷酸甘油酸酶：磷酸甘油酸变位酶是否可逆：是说明：变位酶催化分子内的一个功能基团从一个位置转移到另一个位置的反应。反应式：2-磷酸甘油酸®磷酸烯醇式丙酮酸+H2O酶：烯醇化酶（需要Mg2+）是否可逆：是说明：l 脱水使2-磷酸甘油酸分子内能量重新排布，导致磷酸基团的标准自由能增加反应式：磷酸烯醇式丙酮酸+ADP®丙酮酸+ATP酶：丙酮酸激酶（需要Mg2+）是否可逆：否说明：l 糖酵解中第二个底物水平磷酸化反应l 丙酮酸是糖酵解中第一个不再被磷酸化的化合物总结：第1，3，1

7、0步反应不可逆第7，10步反应为底物水平磷酸化反应第6步反应是唯一一步氧化反应净生成二分子ATP，还使得二分子的NAD还原为NADH二、丙酮酸代谢命运作用：NADH必须重新氧化为NAD，以保证糖酵解的产能反应继续进行。乙醇发酵条件：无氧场所：酵母细胞反应过程：1. 丙酮酸®乙醛+CO2 （丙酮酸脱羧酶） 2乙醛+NADH+H+®乙醇+NAD+ （醇脱氢酶）总反应：葡萄糖2Pi2ADP2H2乙醇2CO22ATP2H2O说明：在酿酒，制造面包时的应用产生CO2乳酸发酵（Cori循环）条件：无氧场所：绝大多数生物（缺少丙酮酸脱羧酶）反应过程：丙酮酸+NADH+H+乳酸+NAD+

8、(乳酸脱氢酶)总反应：葡萄糖2Pi2ADP2H®2乳酸2ATP2H2O说明：与激烈运动时产能，肌肉酸痛及消除联系。Cori循环：涉及肌肉、肝脏和血液。肌肉组织中的葡萄糖转化为乳酸，堆积的乳酸扩散到血液中，转运到肝脏，氧化为丙酮酸经糖异生生成葡萄糖，经血液转运会肌肉组织。三、糖酵解的调控3个主要调控部位，分别是己糖激梅、磷酸果糖激酶-I、丙酮酸激酶催化的反应。己糖激酶 己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶以外，都受到葡萄糖-6-磷酸的抑制。 葡萄糖-6-磷酸有几种命运，其中之一是进行糖酵解产生能量，当能量过剩时，葡萄糖-6-磷酸可作为糖原合成的前体。 当葡萄糖-6-磷酸积累和不再需要生产能量或

9、进行糖原贮存时，即葡萄糖-6-磷酸不能快速代谢时，葡萄糖-6-磷酸抑制己糖激酶。 磷酸果糖激酶-1（PFK-1） 是个别构调节酶，哺乳动物酶的相对分子量很大。 抑制剂：ATP和柠檬酸ATP既是PFK-1的底物，又是该酶的别构抑制剂，可使酶对底物果糖-6-磷酸的亲和性降低。 柠檬酸水平的升高，表明有充足底物进入了柠檬酸循环。它对PFK-1的调节是一种反馈抑制，调节丙酮酸向柠檬酸循环的供给。 激活剂：AMP、果糖-2,6-二磷酸 果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2（PFK-2）催化下由果糖-6-磷酸磷酸化生成。哺乳动物中同一个PFK-2经被cAMP活化的蛋白激酶（cAMP-PK）磷酸化后变成

10、果糖-2,6-二磷酸酶（FBPsae-2）可催化果糖-2,6-二磷酸的脱磷酸化反应，重新生成果糖-6-磷酸。PFK-2的活性受到胰高血糖素激素的调控丙酮酸激酶 在哺乳动物组织中存在着四种丙酮酸激酶同功酶，这些同功酶受到果糖-1,6-二磷酸激活和ATP的抑制。 由于果糖-1,6-二磷酸既是丙酮酸激酶的别构激活剂，又是PFK-1催化反应的产物，所以PFK-1的激活自然会引起丙酮酸激酶的激活，这种类型的调控方式称为前馈激活。 四、巴斯德效应 定义：氧存在下糖酵解速度降低的现象。因为在有氧条件下只需消耗少量的葡萄糖就可产生所需要的ATP量。五、三种单糖代谢果糖甘油醛-3-磷酸 在肌肉中，果糖在有ATP

11、存在下经己糖激酶催化生成果糖-6-磷酸，进入糖酵解途径。 在肝脏中，果糖激酶催化果糖磷酸化生成果糖-1-磷酸，反应需要ATP。果糖-1-磷酸醛缩酶催化果糖-1-磷酸裂解生成甘油醛和磷酸二羟丙酮，后者经丙糖磷酸异构酶催化转为甘油醛-3-磷酸。 甘油醛则是在丙糖激酶的作用下，消耗一分子ATP后生成甘油醛-3-磷酸。果糖不耐受：一种遗传病，吃果糖造成果糖-1-磷酸堆积。缺乏果糖-1-磷酸醛缩酶，常表现为自我限制，果糖不耐受的人很快发展为对任何甜食的厌恶感。半乳糖葡萄糖-1-磷酸 乳糖酶催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，半乳糖在有ATP存在下经半乳糖激酶催化下生成半乳糖-1-磷酸。半乳糖-1-磷酸经半乳糖

12、-1-磷酸尿苷酰转移酶催化与UDP-葡萄糖交换生成葡萄糖-1-磷酸和UDP-半乳糖。葡萄糖-1-磷酸经磷酸葡萄糖变位酶催化生成葡萄糖-6-磷酸，进入糖酵解途径。DP-半乳糖经UDP-葡萄糖-4´差向异构酶催化重新生成UDP-葡萄糖。 喂食奶制品的婴幼儿依赖于半乳糖代谢途径。 患有半乳糖血症（不能正常代谢半乳糖）的婴幼儿都是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶。缺少这种酶会造成细胞内半乳糖-1-磷酸的堆积，有可能损害肝的功能，这可通过使皮肤发黄的黄疸的出现来确认。 另外还可能损伤中枢神经系统。在婴儿出生时，通过检测脐带红细胞中的半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶可以确定是否患有半乳糖血症。如果在饮食中去掉乳糖可以避免这种遗传病带来的严重后果。甘露糖果糖-6-磷酸 甘露糖在己糖激酶催化下，转化为甘露糖-6-磷酸，然后在甘露糖异构酶催化下转化为果糖-6-磷酸。课堂提问：1. 分解代谢产生的大量能量主要以什么形式保存的？ATP NADH2. 糖酵解途径发生在细胞的什么部位？细胞质3. 细胞内的葡萄糖磷酸化有什么意义？保糖机制4. 输液时能否用葡萄糖-6-